徐健，鄧亮，王金磊

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213000)

0 引言

得益于電子科技飛快的發(fā)展速度，出于駕駛主動安全的考慮，智能自適應(yīng)前照燈應(yīng)運而生。自適應(yīng)遠光輔助系統(tǒng)(Adaptive Driving Beam，ADB)在最大限度滿足駕駛員要求的同時，不產(chǎn)生眩目；通過安裝于前擋后視鏡處的外部圖像處理器，檢測前方車輛；在會車和跟車時，通過改變遠光燈光型，構(gòu)成跟隨車輛輪廓改變的暗區(qū)，避免眩目。同時，最多的燈光維持在路面上，除了有其他車輛存在的特定區(qū)域，這些區(qū)域通過光型動態(tài)遮蔽，保證了夜間燈光的最大利用率，有效提高了夜間行車安全。

現(xiàn)有的ADB技術(shù)中，燈光的調(diào)節(jié)機構(gòu)大多采用步進電機進行上、下方向以及遮光板的調(diào)節(jié)。由于采用了機械調(diào)節(jié)的方式，不可避免地存在機械磨損，所以對材料的要求高，對制造工藝的要求也很高；而且其使用壽命一般在幾百萬次左右、調(diào)節(jié)精度也不夠高，由此引發(fā)的失效率就很高。

本文作者設(shè)計的基于CAN總線的多路LED智能前照燈控制系統(tǒng)，將ADB技術(shù)和LED光源矩陣技術(shù)相結(jié)合，用全電控調(diào)節(jié)方式替代了現(xiàn)有的機械調(diào)節(jié)方式，通過電子控制方式來控制LED光源的亮或滅，從而實現(xiàn)自適應(yīng)照明，也解決了由于機械調(diào)節(jié)在精度、磨損等方面所引起的一系列問題。同時，使用CAN總線作為控制系統(tǒng)的通信總線，提高了系統(tǒng)通信的可靠性和容錯率。綜上所述，通過作者的設(shè)計可實現(xiàn)一種精度更高、使用壽命更長、成本更低、可靠性更好的矩陣式LED智能前照燈控制系統(tǒng)，其基本原理圖如圖1所示。

1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)總體電路原理如圖1所示，主要由控制單元和照明單元兩部分組成。其中，控制單元包括：LED驅(qū)動模塊、CAN模塊、微控制器。LED驅(qū)動模塊采用了TI的TPS92661-Q1，CAN收發(fā)器為TJA1041，微控制器為Freescale的MC9S12G192。而照明單元(即遠光模組)由12顆LED燈珠組成。

圖1 多路LED智能前照燈控制系統(tǒng)原理

1.1 集成CAN控制器模塊的MC9S12G系列微控制器

設(shè)計的智能前照燈控制系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)較少，計算不是特別復(fù)雜，選擇MC9S12G192微控制器完全可以滿足設(shè)計要求。MC9S12G192是由Freescale公司推出的一款專注于低功耗、高性能、低引腳數(shù)量的高效汽車級16位微控制器產(chǎn)品，其內(nèi)嵌一個增強型MSCAN(可擴展控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))模塊，同時支持CAN2.0A/B協(xié)議。MSCAN設(shè)置有3個具有“本地優(yōu)先”概念的以內(nèi)部優(yōu)先順序發(fā)送的發(fā)送緩沖區(qū)和5個具有FIFO存儲機制的接收緩沖區(qū)，保證了MSCAN中的數(shù)據(jù)實時發(fā)送與接收。內(nèi)置的串行通信接口，滿足了微控制器與LED驅(qū)動模塊間的通信要求。

1.2 CAN收發(fā)器TJA1041

TJA1041是CAN控制器模塊與物理總線間的接口，將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，在兩條有差分電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。

TJA1041的主要特性如下：完全符合 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)；速度高(高達1 Mb/s)；電磁輻射EME非常低；差動接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾(EMI)；不上電狀態(tài)下的無源性能；I/O級自動適應(yīng)主機控制器的電源電壓；如果使用分裂終端，電壓源可以穩(wěn)定隱性總線電平(進一步改善EME)；只聽模式；至少可以連接110個節(jié)點。

1.3 多路LED矩陣驅(qū)動芯片TPS92661-Q1

用于汽車前照燈系統(tǒng)的TPS92661器件是一款緊湊型高集成解決方案，適用于對應(yīng)用中的大陣列高亮度LED(如汽車前燈)進行分流FET亮度調(diào)節(jié)。它包括一個12開關(guān)串聯(lián)陣列(用于繞過串聯(lián)電路中的單個LED)以及一個串行通信接口(通過主微控制器進行控制和管理)。此外，串聯(lián)電路中各LED的打開和關(guān)閉時間可單獨編程，PWM頻率可通過內(nèi)部寄存器調(diào)整，多個器件可同步為相同的頻率和相位。

TPS92661的主要特性如下：12個串聯(lián)LED旁路開關(guān)；多點UART通信接口；可編程10位脈寬調(diào)制(PWM)亮度調(diào)節(jié)；支持器件間的同步；內(nèi)置相移功能；LED 開路/短路檢測和故障保護及實時的故障報告。

基于上述特性，所設(shè)計的多路LED智能前照燈控制系統(tǒng)，單邊控制12顆LED燈珠的單獨亮滅。同時，也是一個可擴展的方案，通過將TPS92661級聯(lián)，可實現(xiàn)最多8顆TPS92661驅(qū)動芯片的網(wǎng)絡(luò)控制。也就是說，單燈最多可支持LED顆數(shù)為96顆。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

就實現(xiàn)的功能而言，圖像處理器通過與前照燈中的控制單元相連的CAN總線將控制報文發(fā)送給微控制器，微控制器接收到控制報文后，對其進行解析和算法計算，得出需要控制亮或滅的LED光源位置后，再通過協(xié)議轉(zhuǎn)換，最終將最后結(jié)果通過UART總線發(fā)送給LED驅(qū)動芯片，實現(xiàn)對LED光源亮或滅的控制，從而起到防炫目的效果。

控制器上電后，按照如圖2所示流程工作：

第1步，系統(tǒng)上電，初始化各模塊；

第2步，初始化完成后，對控制器的輸入電壓進行檢測；

第3步，前照燈上電自檢通過以后，啟動內(nèi)部定時器，主要用于ADC采用與故障檢測；

第4步，前照燈進入正常工作模式后，會接收和解析外部圖像處理器發(fā)送來的CAN報文；

第5步，根據(jù)解析的報文內(nèi)容，判斷近光燈是否打開；

第6步，若在近光燈打開的情況下，則根據(jù)解析的報文內(nèi)容判斷啟動何種模式的遠光。

圖2 軟件運行流程

3 測試驗證

通過實車測試，當(dāng)前方?jīng)]有車輛的時候，控制系統(tǒng)會將遠光全部打開，如圖3所示。反之，當(dāng)外部圖像處理器檢測到前方存在車輛時，會通過CAN總線通知前照燈控制器，關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的LED燈珠，構(gòu)成一個隨車輛輪廓的暗區(qū)，從而實現(xiàn)防炫目的效果，如圖4所示。

圖3 前方無車輛，遠光全亮

圖4 前方有車輛，ADB遠光

4 結(jié)束語

設(shè)計的基于CAN總線的多路LED智能前照燈控制系統(tǒng)，解決了目前市面上機械式智能前照燈由于機械調(diào)節(jié)在精度、磨損方面所引起的一系列問題。通過CAN總線接收外部圖像處理器信號檢測前方車輛，在會車和跟車時，通過改變遠光燈光型，構(gòu)成跟隨車輛輪廓改變的暗區(qū)，避免眩目。此系統(tǒng)在實際使用中有很好的精確性和穩(wěn)定性。